هل يمكن قياس حجم الجسم الصلب غير المنتظم الشكل؟

 نعم، بالتأكيد يمكن قياس حجم الجسم الصلب غير المنتظم الشكل، وهذه إحدى المشكلات الكلاسيكية في الفيزياء والعلوم.

بما أنه لا يمكن استخدام الصيغ الرياضية البسيطة (مثل الطول × العرض × الارتفاع للمكعب، أو صيغة حجم الكرة) للأشكال غير المنتظمة، نستخدم طريقة عملية تعتمد على مبدأ أرخميدس، وهي طريقة إزاحة السائل (Water Displacement Method).

كيف تعمل طريقة إزاحة السائل:

الفكرة الأساسية هي أن الجسم المغمور كليًا في سائل يُزيح حجمًا من السائل يساوي حجم الجسم نفسه.

الخطوات:

اختيار وعاء مدرج: استخدم وعاءً يمكن قراءة الحجم عليه بدقة، مثل المخبار المدرج (Graduated Cylinder). اختر مخبارًا بحجم مناسب بحيث يتسع للجسم الصلب وسائل كافٍ لغمره.

قياس حجم السائل الأولي: اسكب كمية من سائل (عادة الماء، طالما أن الجسم لا يذوب فيه ولا يتفاعل معه) في المخبار المدرج تكفي لغمر الجسم بالكامل لاحقًا. سجل حجم السائل بدقة. لنسمي هذا الحجم (V1).

غمر الجسم الصلب: أغمر الجسم الصلب غير المنتظم الشكل بالكامل وبلطف داخل السائل في المخبار المدرج. تأكد من عدم تناثر أي سائل للخارج، ومن عدم وجود فقاعات هواء ملتصقة بالجسم تحت الماء (يمكن استخدام قضيب رفيع للتخلص منها).

قياس حجم السائل النهائي: لاحظ ارتفاع مستوى السائل الجديد في المخبار المدرج بعد غمر الجسم. سجل هذا الحجم الجديد بدقة. لنسمي هذا الحجم (V2).

حساب حجم الجسم: حجم الجسم الصلب هو الفرق بين حجم السائل النهائي وحجم السائل الأولي.

حجم الجسم = V2 - V1

مثال:

سكبت ماء في مخبار مدرج حتى وصل إلى علامة 50 ملليلتر (V1 = 50 ml).

غمرت حجرًا غير منتظم الشكل بالكامل في الماء.

ارتفع مستوى الماء في المخبار إلى علامة 75 ملليلتر (V2 = 75 ml).

إذًا، حجم الحجر = V2 - V1 = 75 ml - 50 ml = 25 ml (أو 25 سنتيمتر مكعب، لأن 1 ml = 1 cm³).

اعتبارات هامة:

الجسم يجب أن يغرق: هذه الطريقة تعمل بشكل مباشر للأجسام التي تغرق (أعلى كثافة من السائل). إذا كان الجسم يطفو، ستحتاج إلى طريقة لدفعه لأسفل بالكامل (مثل استخدام ثقل معروف الحجم أو قضيب رفيع مع مراعاة حجم الجزء المغمور من القضيب) لحساب حجمه الكلي.

عدم تفاعل الجسم مع السائل: يجب ألا يذوب الجسم أو يتفاعل كيميائيًا مع السائل المستخدم (عادة الماء). إذا كان يذوب في الماء، يمكن استخدام سائل آخر لا يتفاعل معه (مثل الكحول أو الزيت).

عدم امتصاص السائل: إذا كان الجسم مساميًا ويمتص السائل (مثل الإسفنج)، فإن هذه الطريقة ستقيس الحجم الخارجي بالإضافة إلى حجم السائل الممتص، وليس حجم المادة الصلبة فقط بدقة.

إذًا، الإجابة هي نعم، وطريقة إزاحة السائل هي الطريقة القياسية والفعالة لذلك.